JP2016513888A - 基板洗浄および乾燥のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

半導体製造における洗浄および乾燥プロセスを最適化するための方法および装置が開示される。前記最適化は、プロセシングスループットを最大化する一方で、低い欠陥数および高いデバイス生産量を維持することを試み、シミュレーションおよび実験データを使用して、前記洗浄および乾燥プロセスについての最適なプロセスパラメータを設定する。また、洗浄液およびパージガスノズルの動きの改善された方法が開示される。

Description

関連出願の相互参照
本願は、参照によりその全内容が本明細書中に組み込まれる、２０１３年３月１４日に出願された、「基板洗浄および乾燥のための方法および装置」（参照番号 ＣＴ−１１３ＰＲＯＶ）と題される、同時係属（co−pending）の米国仮出願整理番号６１／７８３，０６０の利益および優先権に基づき、優先権を主張する。

本発明の背景
本発明の分野
本発明は、半導体製造における基板の洗浄および乾燥のための方法および装置に関する。より具体的には、欠陥数（defect count）が低減された、基板を洗浄して乾燥するための改善された方法に関する。

関連分野の説明
洗浄および乾燥ステップは、半導体製造の多くのプロセスにおいて広く使用される。フォトリソグラフィーにおいて、このステップをフォトレジストの現像後に使用して、現像されたフォトレジストに沿う（along with）現像剤を洗浄し、加工ツールから取り除く前に前記基板を乾燥する。これらのステップをまた、例えば、基板湿式クリーニング後または電気化学的堆積後などに、基板の他の湿式プロセシングに使用する。

典型的な洗浄および乾燥ステップにおいて、前記基板は、スピンチャック上に装着され、設定された回転速度で回転される。洗浄液がノズルまたは複数のノズルから前記基板上に分注され、前記洗浄液は、前記基板から除去されるべき必要がある汚染物質を移動させる。前記汚染物質は、例えば、現像液、クリーニング液、または電気化学的堆積のための電解液などであってもよい。典型的なプロセスにおいて、前記洗浄液を、前記基板の中心で導入し、最初に放射状に前記汚染物質を前記基板の中心から移動させる。前記洗浄液に沿う前記汚染物質の放射状の移動は、基板の回転により、および続いてパージガスのフローを開始することにより補助され、ここで、パージガスの前記フローを使用して、前記基板から最後の液滴および汚染物質のトレースならびに洗浄液が除去される。前記洗浄液分注ノズルおよび前記パージガスノズルまたは複数のノズルは、典型的には、一般的には、前記基板の中心から外側に向かう方向に、前記基板端部に向かって、クリーニングされて乾燥された部分を後に残して、前記基板の表面にわたって動く。前記基板のまだ濡れている部分および乾燥された部分間の瞬間的な境界は、円形洗浄液メニスカスにより定義される。前記ノズルが外側に向かって放射状に動くと、前記メニスカスも動く。いったん前記メニスカスが前記基板の端部に到達すると、前記基板全体が洗浄され、乾燥されて、続くプロセシングステップのために前記スピンチャックおよび加工ツールから除去することができる。

半導体製造において、プロセススループットを、すなわち、一定時間にプロセスされる基板の数を増加させるという要望が存在する。スループットを増加させるためのこの要望は、強引なプロセシング条件（すなわち、基板回転速度、洗浄液およびパージガスフローおよび速度、ノズルムーブメント速度など）の使用をもたらし、これは、特定条件下で、前記パージガスフローによる前記メニスカスの乱れ、または前記基板の前記濡れた部分から前記基板の前記乾燥部分へなお付着する洗浄液および汚染物質のはねをもたらし得、これらの両方は、増加されたデバイスの欠陥数および低減されたプロセシング生産量ををもたらし得る。典型的なプロセシング条件下では、前記欠陥数密度は、半径と共に増加し、前記基板周縁部で最大である。したがって、特に、前記基板周縁部でこれらの高い欠陥数に対処するために改善が必要である一方、短いプロセシング時間（low processing time）およびこれによる高いプロセススループットを維持することが必要である。

具体的には、メニスカス乱れおよびはねを生じ、これにより欠陥数が増加することなく、スループットを最大化するように、前記洗浄および乾燥プロセスを最適化する方法についての必要性が存在する。

本発明の要約
本発明の側面は、基板洗浄および乾燥のための方法を含み、以下：前記基板を、洗浄モジュール中に取り込み、前記基板が、前記洗浄モジュール内の回転可能なスピンチャック上に水平に装着されること；分注ノズルから前記基板上に洗浄液の第１フローを開始すること；前記基板の中心から前記基板の端部に向かって、分注ノズル経路上で水平に前記分注ノズルを動かすこと；前記基板の中心に近接して最初に位置された第１パージガスノズルからパージガスの第２フローを開始させて、前記基板上で前記分注された洗浄液のメニスカスを確立すること；前記基板の端部に向かって、前記メニスカスおよび分注された洗浄液を放射状に移動させるように、前記基板の前記端部に向かって水平に前記第１パージガスノズルを動かすこと、を含み、ここで、前記第１パージガスノズルを動かすことは、前記分注ノズルおよび前記メニスカスに関して前記第１パージガスノズルの最適位置を維持し、これにより、前記第１パージガスノズルの動きの間の前記メニスカスの乱れ、または前記分注ノズルからの洗浄液の前記第１フローの乱れ、または両方を防止すること、を含む。

本発明の別の側面は、第２パージガスノズルからパージガスの第３フローを開始すること；前記基板の端部に向かって水平に前記第２パージガスノズルを動かすこと、をさらに含み、ここで、前記第２パージガスノズルを動かすことは、前記分注ノズルおよび前記メニスカスに関して前記第２パージガスノズルの最適位置を維持、これにより、前記基板の端部に向かう前記第２パージガスノズルの動きの間の前記メニスカスの乱れ、または前記分注ノズルからの洗浄液の前記第１フローの乱れ、または両方を防止すること、を含む。

本発明のさらなる側面は、ノズルの種々の配置および前記基板にわたって前記ノズルを動かして前記基板の上で前記ノズルの高さを調整することができる走査アームを含む。本発明の実施形態に従い、複数のノズルを単一の走査アームに装着することができ、または各ノズルがそれ自体の走査アームを有することができる。さらに、本発明の実施形態に従い、走査アームを、直線状またはアーチ状に作動させることができ、同じ走査アームに装着された複数のノズル間の距離を変化させるための手段を含むことができる。

本発明のなおさらなる側面は、前記洗浄液分注ノズルについて、パージガスノズルの最適位置を維持するための方法を含み、これにより、前記分注された洗浄液フローまたは前記基板上に形成されたメニスカスの乱れ、または両方を防止する。前記洗浄および乾燥プロセスの他のプロセスパラメータをまた、本発明のさらなる実施形態に従って最適化することができる。

さらなる側面において、前記洗浄および乾燥プロセスの最適化は、前記基板上に分注された前記液にかかる最適せん断応力を保証するための条件を設定すること、およびはねまたはメニスカスの乱れなく、前記基板上への空気流量を、最大せん断応力を保証する値に設定することを含んでもよい。

本発明のさらなる側面は、プロセス制御のために、せん断応力および空気流量についてのシミュレーション結果を使用することを含む。さらに、ライブラリにコンパイルされた、前記メニスカス位置の実験的測定を、プロセス設計および制御のためのシミュレーション結果に沿って使用することができる。

図面の簡単な説明
本発明のさらなる完全な理解およびその多くの付随する利点は、以下の詳細な説明を参照して、特に添付の図面と併せて検討すると、容易に明らかとなるであろう。

図１は、パージガスノズルからの距離に対する、前記シミュレーションされたせん断応力の依存性を示す。 図２は、方位角位置および基板放射状位置に対する、前記シミュレーションされたせん断応力の依存性を示す。 図３は、実験的に決定された、前記メニスカスの乱れおよびはねが生じる条件での、半径およびパージガスフローに対する、シミュレーションされた平均せん断応力の依存性を示す。 図４は、実験的に決定された、はねが生じるおよび生じない条件での、空気流量グラフを示す。 図５Ａは、平均せん断応力基準および空気流量基準の両方を満たす条件を見出すことができない、洗浄モジュールについての操作条件のマップを示す。 図５Ｂは、平均せん断応力基準および空気流量基準の両方を満たす条件が存在する、洗浄モジュールについての操作条件のマップを示す。 図６は、パージガスノズルへの分注ノズルの距離（dispense to purge gas nozzle distance）およびパージガスフローに対する、空気流量の依存性を示す。 図７は、２つのノズル配置についての、瞬間的なメニスカス半径に対する、前記洗浄液分注ノズルからパージガスノズルへの距離の依存性を示す。 図８は、本発明の実施形態に従う、洗浄モジュールの概略図を示す。 図９Ａは、本発明の実施形態に従う、ノズルおよび走査アームの種々の配置の概略図を示す。 図９Ｂは、本発明の実施形態に従う、ノズルおよび走査アームの種々の配置の概略図を示す。 図９Ｃは、本発明の実施形態に従う、ノズルおよび走査アームの種々の配置の概略図を示す。 図９Ｄは、本発明の実施形態に従う、ノズルおよび走査アームの種々の配置の概略図を示す。 図９Ｅは、本発明の実施形態に従う、ノズルおよび走査アームの種々の配置の概略図を示す。 図９Ｆは、本発明の実施形態に従う、ノズルおよび走査アームの種々の配置の概略図を示す。 図９Ｇは、本発明の実施形態に従う、ノズルおよび走査アームの種々の配置の概略図を示す。 図９Ｈは、本発明の実施形態に従う、ノズルおよび走査アームの種々の配置の概略図を示す。 図１０は、本発明の実施形態に従う、基板を洗浄して乾燥するための例示的プロセスのフローチャートを示す。

例示的実施形態の詳細な説明
本発明の実施形態は、半導体製造において基板を洗浄して乾燥するための、プロセス、装置、ならびにシステムの設計および制御に関する。

以下の説明において、本発明の徹底した理解を促すために、および限定ではなく説明の目的のために、例えば、リソグラフィーの特定の形状、コーター／現像剤、およびギャップ充填処理システム、および種々の構成要素およびプロセスの説明などの、特定の詳細が記載される。しかしながら、本発明を、これらの特定の詳細から離れた他の実施形態において実行し得ることが理解されなければならない。

以下の説明において、用語「放射線感受性材料」および「フォトレジスト」を交換可能に使用してもよく、フォトレジストは、フォトリソグラフィーに使用するための多くの好適な放射線感受性材料の１つのみである。同様に、以降において、プロセスされるワークピースを表す用語「基板」を、例えば、半導体ウエハ、ＬＣＤパネル、発光ダイオード（ＬＥＤ）、光起電（ＰＶ）デバイスパネルなどの用語と交換可能に使用してもよく、それら全ての前記プロセシングは、請求項に係る発明の範囲内にある。

本明細書を通して、「一実施形態」または「実施形態」への言及は、前記実施形態に関連して記載された、特定の特徴、構造、材料、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態において含まれることを意味するが、それらが、実施形態毎に存在することを示さない。よって、本明細書を通して、種々の箇所における句「一実施形態において」または「実施形態において」の出現は、必ずしも本発明の同じ実施形態に言及していない。さらに、前記特定の特徴、構造、材料、または特性を、１つ以上の実施形態において、あらゆる好適なやり方で組み合わせてもよい。

種々の操作が、本発明を理解するのに最も役立つやり方で、複数の別々の操作として同様に記載されるであろう。しかしながら、説明の順序は、これらの操作が必ずしも順序依存性のものであることを意味すると解釈されてはならない。特に、これらの操作は、提示の順に行われる必要はない。記載される操作を、記載された実施形態とは異なる順番でおこなってもよい。種々の追加の操作を行ってもよく、および／または記載された操作を、追加の実施形態において省略してもよい。

図８は、本発明の実施形態に従う、洗浄モジュール１００の概略図を示す。前記洗浄モジュール１００は、バッフル１２０および流体出口１３０を備えたスピンカップ１１０を含み、これらは全て、回転するスピンドル１４０に付属する基板１５０から振り落とされた洗浄液および汚染物質の除去を促進するように構成されている。洗浄液は、分注ノズル１７０を介して、基板の上側表面上に分注される。典型的には脱イオン水である前記洗浄液は、洗浄液タンク２００から供給される。分注ノズル１７０は、走査アーム１８０に装着され、これを、動作システム２５０を使用して動かすことができ、実質的に前記基板１５０の中心で、前記基板１５０の端部に向かって始まる経路に沿って、前記分注ノズル１７０を走査する。分注ノズル１７０の動作および前記洗浄液の供給の組み合わせにより、前記基板１５０上で分注された洗浄液の均一な洗浄液フィルム１５２の創出が保証される。ある量の洗浄液が、遠心力により前記基板１５０から除去されるが、前記プロセスは、洗浄液の最後のトレースを前記基板から除去することを保証する１種または２種以上のパージガスフローを提供することによりさらに補助される。

実施形態において、パージガスノズル１６０は、前記洗浄液を移動させて前記基板１５０を乾燥することを補助するために、前記基板表面上に、典型的には、乾燥窒素であるパージガスを導入するために設けられる。パージガスノズル１６０を、前記分注ノズル１７０と一緒に走査アーム１８０上に装着することができ、パージガス源２１０からのパージガスが供給される。実質的に基板１５０の中心に最初に配列された前記パージガスノズル１６０により、前記分注された洗浄液フィルム１５２に作用する前記パージガスフローは、洗浄液フィルム１５２で覆われた、まだ濡れている部分により囲まれる、前記基板１５０の乾燥された部分の最初の創出を生じさせる。前記２つの部分は、前記分注された洗浄液フィルム１５２の内側端部で形成された実質的に円形のメニスカス１５４により分離される。前記分注ノズル１７０および前記パージガスノズル１６０の両方の前記基板１５０の端部に向かう同時の動きにより、前記パージガスが前記基板１５０の徐々により大きくなる部分を乾燥させることを生じさせ、これにより、前記メニスカス１５４が基板１５０の端部に到達するまで前記メニスカス１５４を拡大させ、その点で、前記基板は完全に乾燥されて、続くプロセシングステップへの移行の準備が整う。

洗浄モジュール１００の操作の最も単純なこの例において、前記洗浄液フィルム１５２のための駆動力は、基板回転により前記洗浄液フィルム１５２にかかる遠心力により、およびパージガスの前記フローにより前記洗浄液フィルム１５２にかかるせん断応力の両方により、提供され、そのフローは、典型的なよどみ点フローパターン（typical stagnation point flow pattern）に続き、すなわち、パージガスノズル１６０から前記基板１５０へ下がり、次いで、全ての方向に放射状に外側へ向かい、空力抵抗としても知られる前記基板１５０に平行な前記パージガスフロー速度構成要素によりせん断応力が、前記洗浄液フィルム１５２上で生じて、それを外側に、前記基板端部にわたって押す。遠心力およびせん断応力の反作用は、前記洗浄液フィルム１５２が前記基板にわたって滑る際の粘性抵抗の力、および前記メニスカス１５４および前記パージガスおよび／または周囲空気の存在下で基板１５０の表面に対して前記洗浄液フィルム１５２により形成されるぬれ角の配置によりもたらされる表面張力である。

上記の検討から、前記プロセスが、最大可能速度で進行し、これによりスループットを最大化し、なお欠陥数を低く維持する場合には、前記メニスカス１５４の瞬間的位置に関する前記パージガスノズル１６０の相対的な配列が、最大に重要であることが、即座に明らかである。前記パージガスノズル１６０が、前記メニスカス１５４の上で「ジャンプし」、前記基板１５０の前記既に乾燥された部分上に洗浄液の液滴をはね返すことを生じ、これにより欠陥数を増加させる場合に、典型的な欠陥シナリオが生じる。他の原因には、前記パージガスノズルの高さが小さすぎること、またはパージガスフローが大きすぎることが含まれ得、それらの両方によりまた、前記パージガスノズル１６０が必ずしも前記メニスカス１５４の前に「ジャンプする」ことなく、前記メニスカス１５４の乱れがもたらされ得る。実際に、前記欠陥数は、前記基板の前記周縁部分で集まる傾向があり、これは、その外周が大きく、１つのまたは複数のパージガスノズルから発生する前記パージガスよどみフローパターンが、メニスカス１５４の外周全体に沿って、十分で比較的均一なせん断応力を維持できない場合には、最も大きな課題は、安定したメニスカス１５４を維持することであることを示す。

欠陥数を低く維持する一方で、スループットを最大化する問題に対する解決が、コンピュータシミュレーションおよび標的実験により提供された知見の使用に従い、その結果により、例えば、ノズル選択および直列（in−line）プロセス制御などのシステム設計の両方についての有用なデータを得て、例えば、１つ以上のパージガスノズルの位置を能動的に制御し、前記メニスカスの乱れおよび／または基板１５０の前記乾燥された部分に戻される液滴のはねを防止することを、本発明者らが見出した。また考慮されて防止され得る他の条件には、前記２つのものの間の分離距離が小さい場合には、パージガスノズル１６０からの近接するパージガスフローにより、分注ノズル１７０からの前記洗浄液フローの乱れの回避が含まれる。

例えば、Ｓｏｕｔｈｐｏｉｎｔｅ，２７５ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｒ．， Ｃａｎｏｎｓｂｕｒｇ ＰＡ １５３１７のＡＮＳＹＳ Ｉｎｃ．により提供されるＦＬＵＥＮＴまたは１ Ｎｅｗ Ｅｎｇｌａｎｄ Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ Ｐａｒｋ， Ｂｕｒｌｉｎｇｔｏｎ ＭＡ ０１８０３のＣＯＭＳＯＬ Ｉｎｃ．により提供されるＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓなどのコンピュータコードは、近年、遠心力、せん断力、粘性力、および表面張力の影響下で、基板１５０にわたる洗浄液フィルム１５２およびメニスカス１５４の動きをモデリングすることを伴うマルチフィジクスマルチフェーズ（multi−physics multi−phase）シミュレーションを取り扱うことができる。

図１は、前記基板の上で固定されたパージガスノズル直径および固定された前記ノズルの高さについての、シミュレートされたせん断応力対半径位置、すなわち、前記半径位置は、毎分８〜３０リットル（ＬＰＭ）の範囲の４つの異なるパージガスフローについての、前記パージガス噴射の中心線からの距離である。前記噴射中心線自体においてではないが、前記噴射中心線にすぐ近接して、せん断応力曲線１０、１２、１４、１６は全て、前記パージガスフローに依存するピーク値に到達する。前記ピークの大きさは、最も大きなパージガスフローについて最も高い。その後、前記パージガスフローが、前記パージガス噴射中心線から放射状に外側へ広がるにつれて、せん断応力は迅速に落ち込む。この種のシミュレーションを使用して、要求される、ある大きさのせん断応力を達成するための、要求される、パージガスフロー速度を決定することができる。

図２は、洗浄液メニスカスの外周に沿う、シミュレートされたせん断応力の別の例示的グラフを示し、ここで、円周座標（circumferential coordinate）を角度の観点から表す。前記メニスカスの瞬間的半径位置は変化し、３つの半径についてのプロット２０、２２、２４が示され、それぞれは、徐々により大きくなるメニスカス瞬間的半径でのものである。読み取ることができるのは、前記メニスカス半径が小さい場合には、前記メニスカスおよび前記洗浄液フィルムに与えられる（imposed on）せん断応力の前記ピークは、比較的大きな角度、すなわち、前記メニスカスの前記外周の部分にわたって広がる。前記半径が増加するにつれて、前記ピークはより鋭くなり、すなわち、前記メニスカス外周の徐々により小さくなる部分に影響を与える。いくつかの極めて大きな半径では、前記ピークは、前記メニスカスを乱すほど鋭くなり得、よって、本発明者らは、大きな半径についても、前記メニスカスのより大きな部分に沿ってせん断応力が「広がる」ことを、複数のパージガスノズルおよびフローを使用して探索した。このシナリオにおけるせん断応力の例示的プロット２６を、図２における破線で示す。前記ピーク間の間隔を、前記パージガスノズルの間隔により、より一般的には、前記メニスカスの外周に沿ったそれらの方位角位置だけではなく、前記メニスカスに関するそれらの位置により決定する。この種のシミュレーションを、図１のシミュレーションに沿って使用して、可能な限り前記洗浄液フィルムに作用するせん断応力を均一なものとして維持するために、例えば、複数のパージガスフローへの移行の必要性などを決定することができる。

同様に、シミュレーションを使用して、せん断応力および例えば、前記基板１５０の上のノズル高さまたはノズル直径などの他の変数の依存性を決定することができる。

前記シミュレーション結果を、ここで、欠陥数の不当な増加なく、その内側で前記洗浄および乾燥プロセスを安全に操作できるパラメータ間隔を精密に決定するためにメニスカス乱れが生じる条件下での実験データと組み合わせることができる。例えば、図３は、中心に注入されたパージガスフローについての、パージガスフロー速度を変化させることについての、および瞬間的位置、すなわち、前記メニスカスの半径を変化させることについての、平均せん断応力（すなわち、円周で平均化されたもの）を示す。シミュレートされたせん断応力曲線３０、３２、３４、３６、および３８にわたってプロットされたものは、メニスカス乱れ生じる半径におけるものである。この時点で、シミュレーションは、厳密なメニスカス位置を正確に予測することができず、よって、メニスカス位置の実験的決定および特に乱れが生じる前記半径を、実験的に、例えば、条件の範囲にわたる実験を行うことおよび得られた前記実験のビデオカメラ映像を研究して瞬間的条件を乱れ事象と相関させることによって決定する必要がある。図３の領域４０は、単一の中心に位置されたパージガスフローが、安定的なメニスカスを維持することができず、追加のパージガスフローを導入する必要がある点を示す。さらに、領域４２は、前記洗浄液フィルムから基板１５０の前記乾燥された部分上へ戻される洗浄液の液滴のはねが生じる位置を示す。せん断応力プロット中にマップされたこれら両方の不具合モードにより、この例において使用される前記条件についてのせん断応力の安全な値が、約１Ｎ／ｍ^２であることが読み取れる。この点を超えてせん断応力が増加することは、増加する欠陥のために、ほとんど利益はない。

本発明者らは、せん断応力に加えて、別の量が、前記メニスカスの安定性を決定する重要な役割を担うことを見出した。図４は、前記基板１５０に平行なパージガス速度の構成要素により生じる、シミュレーションされた空気流量のプロットを示す。前記プロットはまた、はね対前記空気流量により生じた欠陥の相対数を示し、これは、図３について生じたデータにおいて用いられたものと同様のやり方で実験的に決定される。読み取れるのは、前記プロットが、２つの明白な領域５０および５２をそれぞれ示すことである。領域５０において、空気流量の比較的低い値については、はねの事象は見られない。前記空気流量が、およそ０．０２８ｍ^２／ｓより上に増加する場合には、洗浄液の液滴がはねることにより生じる欠陥の数が突然増加する。したがって、図４の前記プロットは、前記欠陥数を低く維持するために、前記洗浄および乾燥プロセス条件が満たす必要のある第２の基準を決定するのに役立つ。

これらの前述のシミュレーションおよび実験結果は、これに限定されないが、以下：（１）例えば、ノズル、走査アームなどの、前記洗浄モジュールハードウエアを設計すること、（２）最適プロセス条件に到達するために必要な実験の数を減らすように、最適洗浄および乾燥条件を位置させる条件の狭くされた空間を決定すること、および（３）前記結果を、前記洗浄および乾燥プロセスの直列制御のために直接使用すること、を含む、多数の異なる目的のために、本発明者らにより有用であると見出された。例えば、異なるプロセス条件について実験的に決定されたメニスカス位置などの前記シミュレーションおよび実験結果を、直列コントローラによる迅速な検索のために、検索表またはライブラリ中に保存することができ、これは、前記瞬間的メニスカスに関して、その乱れを防止するために、１つ以上のパージガスノズルの正確な位置を維持するために前記データを使用するであろう。

洗浄モジュールハードウエアを設計するのに、前述のシミュレーションおよび実験データを使用する例を、図５Ａおよび５Ｂに示す。以前に記載したとおり、本発明者らは、欠陥を最小限にする一方で、最大速度でプロセシングすることを可能にするために、せん断応力および空気流量基準の両方を、満たさなければならないことを見出した。例えば、パージガスノズル直径などの形状および前記ハードウエア設計になされる他の固定された条件に応じて、かかる最適条件が存在してもよく、または存在しなくてもよい。例えば、図５Ａには、固定されたパージガスノズル直径についての操作条件の例示マップが示され、ここで、前記基板の上の前記ノズルの高さおよび前記パージガスフロー速度は変化する。読み取れるのは、１Ｎ／ｍ^２未満の平均せん断応力および０．０２８ｍ^２／ｓ未満の空気流量の、以前に決定された基準が、前記グラフ中にマップされる場合には、それらは、所定のハードウエア拘束（constraint）についての最適条件の欠如を示す、条件の２つの分離された島、６０および６２を創出する。

しかしながら、別に選択された例示的ノズル直径について、条件６８の最適セットを、せん断応力および空気流量基準、６４および６６をそれぞれ満たす、前記マップされたエリア間で見出すことができる。したがって、例えば、図５Ａおよび５Ｂなどのグラフは、ハードウエアの設計および前記最適プロセシング条件が位置するプロセシング条件のより狭いセットの決定に有用である。後者は、洗浄および乾燥プロセスについての、最適製造プロセシング条件に到達することを伴う、時間およびコストの顕著な低減を可能にする。

シミュレーションおよび実験結果の我々のこれまで説明において、単一のパージガスノズルのみを使用した。しかしながら、以前に、安定的なメニスカスを、特に大きな半径で維持するために、複数のパージガスフローが、前記最適平均せん断応力および空気流量条件を維持するために必要であり得る。本発明者らは、洗浄および乾燥プロセスの典型的な条件について、複数のパージガスノズルおよびパージガスフローが用いられる場合には、単純なパージガスフロープロセスの複数のシミュレーションからの結果の重ね合わせを使用して、条件の極めて良好な見積もりに到達するという、単純なモデルを構築できることを見出した。重ね合わせの使用は、複数のパージガスフローの状況に関連する巨大なプロセス条件の空間にわたって実験を行う必要性を排除する。例えば、図２の２つのパージガスノズルについての前記プロット２６をシミュレートするために、本発明者らは、単一のパージガスノズルについてシミュレートされた２つのデータセットの重ね合わせを適用した。同様のアプローチを、空気流量の場合に取ることができ、ここで、複数の個々の空気流量のシミュレーションから、空気流量合計への空気流量の寄与の単純ベクトルの追加を、複数のパージガスフローの状況についての結果をシミュレートして保存する代わりに使用することができる。一般に、複数のノズルの使用は、せん断応力条件に高い有益な効果を有し、空気流量の条件にはより少ない効果を有する。

本発明のさらなる側面は、円形ノズルのアレイとは対照的に、メニスカスを維持するためのファンノズル（fan nozzle）の使用を伴う。ファンノズルは、前記メニスカスの外周のより大きな部分にわたってせん断応力および空気流量を広げる利益を有し、それにより、他の同様のプロセス条件についてのメニスカスの乱れの可能性を低減する。ファンノズルは、前記メニスカスの外周の方向に伸びるべき、前記新たなパージガス噴射を生じる平らなノズル出口を含む。

前述のシミュレーションおよび実験プロセスのなおさらなる側面は、前記基板表面に対する前記パージガス噴射の作用角（impingement angle）の最適化である。作用角の変化は、よどみフローパターンを変化させ、前記洗浄および乾燥プロセスの前記プロセス条件を有利に変化させることができる。

さらにハードウエアおよびプロセス最適化について、図６は、パージガスフローを変化させることについての前記分注ノズル間の距離に対してプロットされた単一のパージガスノズルからの空気流量のプロットを示す。前記プロット７２および７４から読み取れるのは、必要な空気流量（線７０）が、前記メニスカス位置で維持されるように、前記分注ノズル１７０およびパージガスノズル１６０間の必要な距離を決定するためにそれらを使用することができる、ということである。例えば、毎分１５リットルのパージガスフロー速度について、前記分注ノズル１７０から前記パージガスノズル１６０まで必要な距離は、３０ｍｍ（条件７６）の付近にある。より大きな距離である５５ｍｍ（条件７８）を、毎分２０リットルのより大きなパージガスフロー速度で使用することができる。これらのプロットを使用して、前記パージガスフロー消費を最小化することができ、一方で前記空気流量基準を満たすことを保証することができる。

最後に、図７は、２つのパージガスノズルを有する洗浄モジュール１００における２つのパージガスノズルについての、瞬間的メニスカス半径の関数としてプロットされた前記分注ノズル１７０およびパージガスノズル１６０間の距離を示し、そのうちのノズル１は、前記分注ノズルにより近く、ノズル２は、前記分注ノズルからさらに離れて位置する。前記プロットは、メニスカス安定性の前述の基準が満たされるように生じ、維持されるべき最適条件について、ノズル１およびノズル２の距離を、前記分注ノズルに対して、前記ノズルが前記基板にわたって走査されるにつれて、変化させる必要があることをはっきりと示す。したがって、単一のパージガスフロー洗浄モジュールおよび複数のパージガスフロー洗浄モジュールの両方において、これらの距離を基板にわたるノズル走査の間に変化させるための用意がなされる必要がある。

再び、洗浄モジュール１００の概略図を示す図８を参照すると、第２パージガスノズル２２０の前述の追加が、第２走査アーム２３０を前記洗浄モジュール１００に追加することにより達成される。前記第２パージガスノズル２２０には、パージガス源２４０からのパージガスが供給される。代替的実施形態において、同じパージガス源を使用して、ノズル１６０および２２０の両方にパージガスを供給することができる。さらに、前記分注ノズル１７０および前記パージガスノズル１６０間で距離を変化させることを可能にするために、電動マウント１９０を走査アーム１８０上で利用して、この距離を変化させることができる。前記距離を変化させることに加え、電動マウント１９０をまた使用して、前記基板１５０についてのパージガスノズル１６０の角度を変化させることができる。同様の配置を、第２パージガスノズル２２０の角度の変化のために、走査アーム２３０上で、第２パージガスノズル２２０についてすることができる（図示せず）。前記基板にわたる走査ノズル１６０、１７０、および２２０に加え、走査アーム１８０および２３０を、電動システム２５０および２６０をそれぞれ使用して、降下および上昇させて、前記ノズルから前記基板への距離を変化させることができる。ノズルの相対的位置および角度ならびにそれらの高さを変化させるためになされるこれら全ての提供により、前述の方法を使用して、前記メニスカス１５４の乱れ、前記分注ノズル１７０からの洗浄液の前記フローの乱れ、および／またははねを生じることなく、洗浄および乾燥プロセスを通して、最適プロセス条件を維持することができる。さらなる実施形態において（図示せず）、例えば、別個の走査アームを、ノズル１６０、１７０、および２２０の３つ全てに使用することができる。

図９Ａ〜９Ｄは、単一の洗浄液分注ノズル１７０（黒丸で示されるもの）および単一のパージガスノズル１６０（白丸で示されるもの）を有する洗浄モジュール１００についての種々の可能な走査アーム配置を示す。図９Ａは、ノズル１６０および１７０が別個の走査アーム１８０および２３０に装着され、前記走査アームが、反対経路に放射状に沿って、放射状に外側へノズルを動かすように構成された配置を示す。図９Ｂは、単一の走査アーム１８０が、共にノズルの位置の独立した調整のために作製されて提供されたノズル１６０および１７０の両方を担持する配置を示し、これらは、基板１５０の端部に反対方向にまたは基板１５０の端部に向かって一緒に動くことができる。図９Ｃは、図９Ａの前記走査アーム１８０および２３０が、０度および１８０度以外のその間の角度で、方位角によって移動されて装着された配置を示す。最後に、図９Ｄにおける配置は、平行な走査アーム１８０および２３０を使用して、ノズル１７０および１６０をそれぞれ動かす。この配置において、動きの方向は、実質的に、前記基板１５０の半径に平行であり、一方の走査アームの経路は、基板１５０の半径と一致してもよく、一方で、他方の走査アームは、平行な割線経路に沿って動く。割線経路に沿った動きにより、前記ノズル自体の実際の走査速度とは異なるべき、基板１５０にわたるノズル（この場合には、パージガスノズル１６０である）の効率的な走査速度を可能にする。

図９Ａ〜９Ｄと同様に、図９Ｅ〜Ｈは、２つのパージガスノズル１６０および２２０が提供された走査アームの構成を示し、一般的には図８に示された前記配置と同様である。図９Ａは、ちょうど図８に示されたとおりの、２つの放射状に反対の走査アーム１８０および２３０を示す。図９Ｂは、３つ全てのノズルが、その独立した動きのために作製されて提供された同じ走査アームに装着された配置を示す。図９Ａおよび９Ｂの実施形態において、前記パージガスノズル１６０を使用して、最初に基板１５０上にメニスカス１５２を確立することができ、その際、前記パージガスノズル１６０は、前記基板１５０の端部に向かって外側へ、前記分注ノズル１７０およびメニスカスの後に続く。前記洗浄および乾燥プロセスの間のある点で、前記第２パージガスノズル２２０を作動させて、放射状に反対の経路に沿って動かすことができ、前記洗浄および乾燥プロセスの間ずっと安定なメニスカス１５４を維持することができる。

図９Ａ〜９Ｈに示される全ての実施形態において、代替的走査方法（図示せず）を使用することができ、これにより、前記走査アームが、基板１５０にわたって直線的に走査されるというよりむしろ、前記基板１５０の前記周縁部の外側のそれらの取り付け点の周りを旋回することが理解される。どの配置が使用されるかは、前記洗浄モジュール１００が利用可能な空間、必要な走査速度、最適プロセシング条件などに依存し、同じ洗浄モジュール１００において、回転走査の走査アームおよび直線走査の走査アームを組み合わせることが可能である。さらに、図９Ａ〜９Ｈに概略された概念を、あらゆる数の分注ノズルおよびパージガスノズルを含む、あらゆる数の走査アームに拡大することができる。最後に、多くのプロセシングシステムにおいて、前記洗浄モジュールは、同時に現像モジュールとしての役割を果たし、よって、追加の走査アームおよびノズルを、フォトリソグラフィーにおいて、現像液の分注のために提供する。クリーニングシステムにおいて、クリーニング剤を、追加のノズルおよび走査アームを介して、同じ洗浄モジュール中で分注してもよい。

開示された全ての実施形態において、以前に検討された、シミュレーションおよび実験結果、または両方をコントローラ（図示せず）により使用して、前記プロセスの直列制御を達成することが理解される。前記コントローラをプログラムして、本発明の以前に開示された実施形態に従い、すなわち、最適せん断応力および空気流量条件を保証することにより、シミュレーションおよび実験結果から決定された最適設定を使用して、洗浄および乾燥プロセスを実行することができ、例えば、ウエハ間（wafer−to−wafer）および区画間（lot−to−lot）基準でのプロセス修正などのために、フィードバックまたはフィードフォワードのやり方で、前記コントローラが、同じシミュレーションおよび実験結果を同様に直列制御に使用してもよい。

図１０を参照すると、そこには、本発明の実施形態に従う、例示的洗浄および乾燥プロセス１０００のフローチャートが示される。ステップ１０１０において、基板１５０が、例えば、図８などの洗浄モジュール１００中に取り込まれる。いったん基板１５０の回転が確立されると、ステップ１０２０で、洗浄液の前記第１フローが、実質的に前記基板１５０の中心での位置で、前記基板１５０上に分注ノズル１７０から開始される。いったん前記洗浄液フィルム１５２が形成されて、前記分注ノズル１７０が、前記基板の中心から、予め決定された最適距離を進むと、ステップ１０３０で、第２パージガスフローが、第１パージガスノズル１６０から、およびまた前記基板１５０の中心で開始される。この第２パージガスフローは、最初に、メニスカスおよび前記基板１５０の乾燥された部分を確立する。その後、ステップ１０４０において、前記分注ノズル１７０および第１パージガスノズル１６０は、前記メニスカス１５２が、基板１５０を押しのける（pushed off）まで、前記基板１５０の端部に向かって動く。この動きの間、洗浄液およびパージガスのフロー速度、ノズル位置およびそれらの間の距離、前記基板の上のノズル高さ、ノズル角などは、全て、以前に開示されたとおりのシミュレーションおよび実験データを使用して、すなわち、最適せん断応力および空気流量条件を保証する、最低限の欠陥数を有する最大スループットのために最適化された値で維持される。例えば、図９Ａ〜９Ｄに記載されるとおりのものなどの単一のパージガスノズルを有する洗浄モジュールにおいて、前記洗浄および乾燥プロセス１０００はこの点で終了する（conclude）。

第２のまたはそれより多いパージガスノズルを有する洗浄モジュールにおいて、前記洗浄および乾燥プロセス１０００は、前記第２パージガスノズル２２０からのパージガスの第３フローを能動化する追加のステップ１０５０へ進む。このステップを、予め決定されたメニスカス位置で開始することができ、この位置を、以前に開示された本発明の実施形態に従って、シミュレーションおよび実験データを使用して決定する。ステップ１０６０で、前記第２パージガスノズル２２０自体が、基板１５０をわたって前記基板端部に向かって動かされる。パージガスの前記第３フローおよび第２パージガスノズル位置を使用して、前記洗浄および乾燥プロセス１０００の終わりまで、安定的な洗浄および乾燥条件を維持するように、前記洗浄液フィルム１５２およびメニスカス１５４にわたって最適平均せん断応力および空気流量を維持することにおける、前記既に確立されたパージガスの第２フローを補助する。

関連する分野の当業者は、上記の教示に照らし、多くの改変および変形が可能であることを十分に理解することができる。当業者は、図面に示された種々の構成要素について、種々の等価な組合せおよび置換を認識するであろう。したがって、本発明の範囲は、この詳細な説明により限定されるものではなく、むしろこれに添付された特許請求の範囲により限定されるものであることが意図される。

Claims (20)

1. 基板洗浄および乾燥のための方法であって、以下：
   前記基板を、洗浄モジュール中に取り込み、前記基板が、前記洗浄モジュール内の回転可能なスピンチャック上に水平に装着されること；
   分注ノズルから前記基板上に洗浄液の第１フローを開始すること；
   前記基板の中心から前記基板の端部に向かって、分注ノズル経路上で水平に前記分注ノズルを動かすこと；
   前記基板の中心に近接して最初に位置された第１パージガスノズルからパージガスの第２フローを開始させて、前記基板上で前記分注された洗浄液のメニスカスを確立すること；
   前記基板の前記端部に向かって、前記メニスカスおよび分注された洗浄液を放射状に移動させるように、前記基板の端部に向かって水平に前記第１パージガスノズルを動かすこと、
   を含み、
   ここで、前記第１パージガスノズルを動かすことが：
   前記分注ノズルおよび前記メニスカスに関して前記第１パージガスノズルの最適位置を維持し、これにより、前記第１パージガスノズルの動きの間の前記メニスカスの乱れ、または前記分注ノズルからの洗浄液の前記第１フローの乱れ、または両方を防止すること、を含む、
   方法。
2. 前記洗浄液が、脱イオン水を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記パージガスが、窒素を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記分注ノズルおよび前記第１パージガスノズルが、共に、前記基板の中心から外側へ伸びる放射状の線に沿って配列されて維持される、請求項１に記載の方法。
5. 前記分注ノズルおよび前記第１パージガスノズルが、共に、前記基板の中心から外側へ伸びる２つの直径方向の反対の放射状の線に沿ってそれぞれ配列されて維持される、請求項１に記載の方法。
6. 前記分注ノズルおよび前記第１パージガスノズルが、互いに関して方位角に移動される、請求項１に記載の方法。
7. 前記分注ノズルおよび前記第１パージガスノズルが、第１走査アームに装着される、請求項１に記載の方法。
8. 前記第１走査アームが、以下：
   前記分注ノズルに関して前記第１ガスノズルの位置を変化させるための手段、
   をさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記分注ノズルが、第１走査アームに装着され、前記第１パージガスノズルが、前記第１走査アームとは異なる第２走査アームに装着される、請求項１に記載の方法。
10. 前記第１パージガスノズルの最適位置を維持するステップが、前記基板の上の前記第１パージガスノズルの最適高さを維持することを含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記第１パージガスノズルの最適位置を維持するステップが、前記メニスカスの乱れなく、および前記分注ノズルからの洗浄液の前記第１フローの乱れなく、前記洗浄液および前記基板間のせん断応力が最大化されるように、前記分注ノズルおよび前記メニスカスに関して、前記第１パージガスノズルの位置を維持することを含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記第１パージガスノズルの位置を、シミュレーションまたは実験、または両方により決定する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記メニスカスの半径を、メニスカス位置のライブラリから検索または内挿により決定し、ここで、メニスカス位置の前記ライブラリが、前記メニスカス位置を実験的に決定することにより生成されたものでのある、請求項１１に記載の方法。
14. さらに、以下：
    第２パージガスノズルからパージガスの第３フローを開始すること；
    前記基板の端部に向かって水平に前記第２パージガスノズルを動かすこと、
    を含み、
    ここで、前記第２パージガスノズルを動かすことが、以下：
    前記分注ノズルおよび前記メニスカスに関して前記第２パージガスノズルの最適位置を維持し、これにより、前記基板の端部に向かう前記第２パージガスノズルの動きの間の前記メニスカスの乱れ、または前記分注ノズルからの洗浄液の前記第１フローの乱れ、または両方を防止すること、を含む、
    請求項１に記載の方法。
15. 前記第１および第２パージガスノズルが、共に、前記基板の中心から外側へ伸びる２つの直径方向の反対の放射状の線に沿ってそれぞれ配列されて維持される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第１および第２パージガスノズルが、互いに関して方位角に移動される、請求項１４に記載の方法。
17. 前記分注ノズルおよび前記第１パージガスノズルが、第１走査アームに装着され、前記第２パージガスノズルが、前記第１走査アームとは異なる第２走査アームに装着される、請求項１４に記載の方法。
18. 前記第２パージガスノズルの最適位置を維持するステップが、前記基板の上の前記第２パージガスノズルの最適高さを維持することを含む、請求項１４に記載の方法。
19. 前記第２パージガスノズルの最適位置を維持するステップが、前記メニスカスの乱れなく、および前記分注ノズルからの洗浄液の前記第１フローの乱れなく、前記洗浄液および前記基板間のせん断応力が最大化されるように、前記分注ノズルおよび前記メニスカスに関して、前記第２パージガスノズルの位置を維持することを含む、請求項１４に記載の方法。
20. 前記第２パージガスノズルの位置を、シミュレーションまたは実験、または両方により決定する、請求項１９に記載の方法。

Images